(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置を提供する。【解決手段】レーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置で、当該校正装置は、標準レーザ光源１と、２つの光アイソレータ２と、２つの偏光ビームスプリッタ３と、レンズ４と、 λ／４波長板５と、圧電効果機構６と、５つの偏光プリズム７、８、９、１０、１４と、２つのλ／２波長板１１、１３と、駆動電源１７と、信号発生装置１８およびデータ収集システム１９により構成され、 圧電効果により光周波数変調を実現し、既知電場を所与した状況での圧電効果機構６の構造変形を利用して、レーザ振動計の同等の作業環境を設け、レーザ振動計の全体校正を実現すると同時に、計量校正溯源の要求を満足し、光アイソレータを利用して校正されるレーザー振動計の自身測定光路が測定結果に対する影響を排除する。圧電効果を利用して快速応答校正を実現し、微小変位校正を実現し、校正の周波数範囲が更に広くなり、校正範囲を広める。【選択図】図１
0003224778.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
レーザ振動計用デュアルビームビーム干渉校正装置であって、その対象設備が測定しようとするレーザ振動計16であり、
前記デュアルビーム干渉校正装置は標準レーザ光源1と、第一光アイソレータ2と、第一偏光ビームスプリッタ3と、第二偏光ビームスプリッタ12と、レンズ4と、λ／４波長板5と、圧電片持ち梁6と、第一偏光プリズム7と、第二偏光プリズム8と、第三偏光プリズム9と、第四偏光プリズム10と、第五偏光プリズム14と、第一λ／２波長板11と、第二λ／２波長板13と、第二光アイソレータ15と、駆動電源17と、信号発生装置18及びデータ収集システム19を備え、
前記駆動電源17は前記圧電片持ち梁6に接続及び用いるもので、前記信号発生装置18の出力端が前記駆動電源の入力端に接続され、前記駆動電源17の出力端が圧電片持ち梁6の陽、陰電極に接続され、圧電片持ち梁6が精密姿勢調節機構に固定され、
前記信号発生装置18は振動励起信号の発生、及び振動励起信号の前記駆動電源17までの伝送に用いるもので、
前記駆動電源17は、前記信号発生装置からの振動励起信号を受信し、前記振動励起信号を増幅してから圧電片持ち梁6に入力され、圧電片持ち梁に振動を発生させることに用いるもので、
前記デュアルビーム干渉校正装置は、前記標準レーザ光源1からの直線偏光が第一光アイソレータ2を通過して第一偏光ビームスプリッタ3に到達し、前記第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に垂直して振動する光分量が第一偏光プリズム7に反射されて参照光になり、前記第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に平行して振動する光分量が、順次に第一偏光ビームスプリッタ3を透過し、レンズ4を通過してレンズによりフォーカスされ、λ／ ４波長板5を通り抜けて圧電片持ち梁6の表面に入射されて探測光になり、前記探測光が、圧電片持ち梁6の表面により反射された後、再びλ／４波長板5を通り抜けて、前記探測光の偏光方向が９０°回転され、前記探測光が水平方向に垂直する振動になり、これにより、前記探測光が第一偏光ビームスプリッタ3に反射され、その後、順次に第二偏光プリズム8と、第三偏光プリズム9と、第四偏光プリズム10及び第一λ／２波長板11を通過した後に第二偏光ビームスプリッタ12に到達し、前記参照光が、順次に第一偏光プリズム7と、第二λ／ ２波長板13及び第五偏光プリズム14を通過した後に第二偏光ビームスプリッタ12に到達し、前記第二偏光ビームスプリッタで、前記探測光と前記参照光が合流し、干渉が発生し、干渉により形成された光が第二光アイソレータ15を通過した後に測定しようとするレーザ振動計16への入力に使われるように配置され、
なお、前記測定しようとするレーザ振動計は、前記干渉により形成された光を受けた場合、前記干渉により形成された光の周波数を電圧信号に転換し、
前記データ収集システム19は前記測定しようとするレーザ振動計からの電圧信号を受信し、受信した電圧信号を設定された標準アナログ信号と比較することに用いるのを特徴とするレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項２】
前記圧電片持ち梁6は、変調電場の駆動作用により、圧電効果の直接作用によって伸縮振動が発生し、更に屈曲運動と変形が発生し、なお、前記圧電片持ち梁の振動が前記振動励起信号と関連することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項３】
前記デュアルビーム干渉校正装置が実現した光周波数変調は圧電効果を利用してレーザ振動計の測定光の周波数変調を実現することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項４】
前記圧電片持ち梁6は多層材料の平面構造圧電効果機構であり、なお、前記圧電効果機構はシリコンをベースにする材料を基材とし、圧電材料を機構の運動を駆動する材料とし、上電極と、下電極及び外部の接続回路を備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項５】
前記圧電効果機構は面内に垂直する振動に適用され、その振動周波数は入力電圧信号の周波数と関連し、前記振動周波数と前記入力電圧信号の周波数は良好な線形関係に符合することを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項６】
前記圧電効果機構の振動幅はその入力電圧信号の大きさと、その材料の厚さ及び前記圧電効果機構の構造に関連することを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項７】
前記圧電効果機構の圧電材料はPT/PZTをベースにする圧電材料であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項８】
前記振動励起信号が直流バイアス電圧と、交流電圧及びその他のタイプの信号中の一種であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項９】
前記圧電効果機構の振動振幅が最大の時、精密姿勢調節機構により前記校正装置の位置調整を実現することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項１０】
前記標準レーザ光源１と前記測定しようとするレーザ振動計１６との光源信号が一致し、校正過程において、前記標準レーザ光源１と前記測定しようとするレーザ振動計１６の空間位置が同一軸線上にあることを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項１１】
測定しようとするレーザ振動計に対して校正を行う方法であって、
（i）標準レーザ光源１と測定しようとするレーザ振動計１６を向かい合って同一水平台に取り付け、取り付け後に前記標準レーザ光源からの光が直接に測定しようとするレーザ振動計へ進入するようにする、
（ii）前記標準レーザ光源１と前記測定要しようとするレーザ振動計１６との間には、順次に第一光アイソレータ２と、第一偏光ビームスプリッタ３と、レンズ５と、λ／４波長板５と、圧電効果機構６と、第四偏光プリズム１０と、第一λ／２波長板１１と、第二偏光ビームスプリッタ１２及び第二光アイソレータ１５が取り付けられる、
（iii）精密姿勢調節機構により前記標準レーザ光源１から射出したレーザを圧電効果機構６の応変最大箇所に合わせる、及び
（iiii）第一偏光プリズム７と第二偏光プリズム８を第一偏光ビームスプリッタ３の両側に対称するように取り付け、第一偏光ビームスプリッタ３から分離された光が第一偏光プリズム７と第二偏光プリズム８中の毎箇所で９０°偏位するようにし、第三偏光プリズム９と第二偏光プリズム８を同一側に平行放置し、第二偏光プリズム８から射出された光を第三偏光プリズム９を通過した後、第四偏光プリズム１０へ垂直に進入するようにし、第二λ／２波長板１３と第五偏光プリズム１４を第一偏光プリズム７と同一側に放置し、第一偏光プリズム７から射出された光を第二λ／２波長板１３へ垂直に進入した後、第五偏光プリズム１４へ垂直に進入して第五偏光プリズム１４の所で９０°偏位された後に第二偏光ビームスプリッタ１２へ垂直に進入するようにする上記のステップを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置を使用して測定しようとするレーザ振動計16に対して校正を行う方法。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、圧電効果に基づくレーザ振動計校正装置及び方法に関し、レーザ振動計計量技術分野に所属される。
【背景技術】
【０００２】
現在、レーザ振動測定技術は振動計量測定分野で最重要且つ応用が最も広範な測定方法である。自動車と、飛行機と、建築と、ブリッジなどの研究、生産、試験、応用などの様々な場合に応用されている。従来のセンサーとプローブなどの接触式の測定方法と比べると、レーザ振動測定技術は、測定される対象の寸法、温度、位置、振動周波数などに制限されなく、大きな振動を測定できない接触式測定方式の欠点が補え、便利な測定、高効率測定、高精度測定、快速応答速度、多次元速度測定及び速度方向判別可能、測定対象の表面破壊なし、高温表面測定に適用などのメリットを有し、厳しい試験要求及び過酷な環境での振動パラメーター測定要求に満足できる。
【０００３】
ダイナミックテスト及び校正分野において、レーザ干渉振動測定技術は既にダイナミックテスト及び校正の重要な手段となり、振動、衝撃、動的力、動圧、硬さ及び動的幾何量の測定及び校正において全てレーザ干渉振動測定を標準測定方法としている。但し、レーザ振動測定の要求の向上に従い、測定速度、感度、測定範囲に対する要求が益々に高くなっているので、圧電効果が測定中に重要な役割を果たすことになる。
【考案の概要】
【０００４】
従来技術の上記の課題に対して、本考案はレーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置及び校正方法を提供し、レーザ振動計の動的特性校正を実現する。
【０００５】
本考案によって採用される技術方案は以下の通りである。
【０００６】
レーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置であって、その対象設備は測定しようとするレーザ振動計であり、当該デュアルビーム干渉校正装置は、標準レーザ光源と、第一光アイソレータと、第一偏光ビームスプリッタと、第二偏光ビームスプリッタと、レンズと、λ／４波長板と、圧電片持ち梁と、第一偏光プリズムと、第二偏光プリズムと、第三偏光プリズムと、第四偏光プリズムと、第五偏光プリズムと、第一λ／２波長板と、第二λ／２波長板と、第二光アイソレータと、駆動電源と、信号発生装置及びデータ収集システムを備え、駆動電源は圧電片持ち梁に接続及び用いるもので、前記信号発生装置の出力端が圧電片持ち梁の駆動電源の入力端に接続され、駆動電源の出力端が圧電片持ち梁の陽、陰電極に接続され、圧電片持ち梁が精密姿勢調節機構に固定され、前記信号発生装置は振動励起信号の発生、及び振動励起信号の駆動電源までの伝送に用いるもので、前記駆動電源は信号発生装置からの振動励起信号を受信し、それを増幅してから圧電片持ち梁へ入力して圧電片持ち梁に振動を発生させることができる。当該デュアルビーム干渉校正装置は、標準レーザ光源からの直線偏光が、第一光アイソレータを通過して第一偏光ビームスプリッタに到達し、第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に垂直して振動する光分量が第一偏光プリズムに反射されて参照光になり、第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に平行して振動する光分量が順次に第一偏光ビームスプリッタを透過し、レンズを通過してレンズによりフォーカスされ、λ／４波長板を通り抜けて、圧電片持ち梁の表面に入射されて探測光になり、探測光が圧電片持ち梁の表面により反射された後、再びλ／４波長板を通り抜けて、探測光の偏光方向が９０°回転され、探測光は水平方向に垂直する振動になり、これにより、探測光が第一偏光ビームスプリッタに反射された後、順次に第二偏光プリズムと、第三偏光プリズムと、第四偏光プリズム及び第一λ／２波長板を通過し、その後第二偏光ビームスプリッタに到達し、参照光が順次に第一偏光プリズムと、第二λ／２波長板及び第五偏光プリズムを通過した後に第二偏光ビームスプリッタに到達し、第二偏光ビームスプリッタで、探測光と参照光が合流し、干渉が発生し、干渉により形成された光が第二光アイソレータを通過した後に測定しようとするレーザ振動計への入力に使われるように配置される。なお、測定しようとするレーザ振動計は前記干渉により形成された光を受けた場合、前記干渉により形成された光の周波数を電圧信号に転換し、データ収集システムは測定しようとするレーザ振動計からの電圧信号の受信し、受信した電圧信号を設定された標準アナログ電圧信号と比較することに用いる。
【０００７】
さらに、圧電片持ち梁は、変調電場の駆動作用により、圧電効果の直接作用によって伸縮振動が発生し、更に屈曲運動及び変形が発生し、なお、圧電片持ち梁の振動は振動励起信号と関連し、獲得された前記データ収集システムの電圧信号は変位信号に転換されて圧電片持ち梁の変形との比較に用いるようにする。
【０００８】
さらに、当該デュアルビーム干渉校正装置が実現した光周波数変調は圧電効果を利用してレーザ振動計の測定光の周波数変調を実現する。
【０００９】
さらに、前記圧電片持ち梁は多層材料の平面構造であり、当該圧電効果機構はシリコン材料を基材とし、圧電材料を機構の運動を駆動する材料とし、上電極と、下電極及び外部の接続回路が備える。
【００１０】
さらに，前記圧電効果機構は面内に垂直する振動に適用され、その振動周波数は入力電圧信号の周波数と関連し、良好な線形関係に符合する。
【００１１】
さらに、前記圧電効果機構の振動幅はその入力された電圧信号の大きさと、その材料の厚さ及び当該圧電効果機構の構造と関連する。
【００１２】
さらに、前記圧電効果機構の圧電材料がPT/PZTをベースにする圧電材料である。
【００１３】
さらに、前記振動励起信号が直流バイアス電圧と、交流電圧及びその他のタイプの信号中の一種である。
【００１４】
さらに、圧電効果機構の振動振幅が最大の時、精密姿勢調節機構により前記校正装置の位置調整を実現する。
【００１５】
さらに、前記標準レーザ光源と前記測定しようとするレーザ振動計との光源信号が一致し、校正過程において、前記標準レーザ光源と前記測定しようとするレーザ振動計の空間位置が同一軸線上にある。
【００１６】
本考案の目的は、レーザ振動計用デュアルビーム干渉校正方法も提供し、具体的には、上記のデュアルビーム干渉校正装置を使用して測定しようとするレーザ振動計に対して校正を行う方法であり、当該方法は下記のステップを含む、
（i）標準レーザ光源と測定しようとするレーザ振動計を向かい合って同一水平台に取り付け、取り付け後に前記標準レーザ光源からの光が直接に測定しようとするレーザ振動計へ進入するようにする、
（ii）前記標準レーザ光源と前記測定要しようとするレーザ振動計との間には、順次に第一光アイソレータと、第一偏光ビームスプリッタと、レンズと、λ／４波長板と、圧電効果機構と、第四偏光プリズムと、第一λ／２波長板と、第二偏光ビームスプリッタ及び第二光アイソレータが取り付けられる、
（iii）精密姿勢調節機構により前記標準レーザ光源から射出したレーザを圧電効果機構の応変最大箇所に合わせる、及び
（iiii）第一偏光プリズムと第二偏光プリズムを第一偏光ビームスプリッタの両側に対称するように取り付け、第一偏光ビームスプリッタから分離された光が第一偏光プリズムと第二偏光プリズム中の毎箇所で９０°偏位するようにし、第三偏光プリズムと第二偏光プリズムを同一側に平行放置し、第二偏光プリズムから射出された光を第三偏光プリズムを通過した後、第四偏光プリズムへ垂直に進入するようにし、第二λ／２波長板と第五偏光プリズムを第一偏光プリズムと同一側に放置し、第一偏光プリズムから射出された光を第二λ／２波長板へ垂直に進入した後、第五偏光プリズムへ垂直に進入して第五偏光プリズムの所で９０°偏位された後に第二偏光ビームスプリッタへ垂直に進入するようにする。
【００１７】
現在のレーザ振動計の計量要求に対して、本考案は光周波数変調技術を採用して、圧電効果機構によりレーザ振動計の測定信号周波数を変調し、レーザ振動計の振動測定環境をシミュレーションしてレーザ振動計の動的特性校正を実現する。
【考案の効果】
【００１８】
本考案は先行技術に比べ以下のメリットがある。
（1）本考案によれば、光周波数変調技術を使用し、圧電効果機構によりレーザ振動計の測定信号周波数を変調し、レーザ振動計の振動測定環境をシミュレーションしてレーザ振動計の動的特性校正を実現する。レーザ振動計の全体に対する校正を実現する同時に、計量校正溯源の要求を満足し、光アイソレータを採用して校正されるレーザ振動計の自身測定光路が測定結果に対する影響を排除する。圧電効果を利用して校正の周波数範囲をさらに広くすることも実現でき、校正範囲を向上させる。
（2）本考案に使用されている圧電効果機構は、制御精度がよく、変位がマイクロメートル乃至ナノメートルスケールまでに達する等のメリットがあり、また、圧電梁は小駆動、快速応答などのメリットがあるので、理想的な微小変位標準部品である。なお、印加された電圧形式にも良好な制御性を持っており、直流バイアス電圧と交流電圧のいずれも変位を実現でき、再現性も良い。圧電梁によりレーザ振動計の校正精度と動的応答を向上することができる。
（3）本考案に使用された圧電効果機構は、機構設計、例えば、一部の剛性の変化を通じて異なる周波数範囲内での校正を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図1は本考案のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置の構造概略図である。
【図２】図2は観測構造検測点の変位の概略図である。
【図３】図3はシミュレーションソフトでトランジェント解析を行って獲得した観測構造検測点の変位−時間曲線概略図である。
【図４】図4は本考案の実施例４に係る低周波校正に対して設計した圧電効果機構の構造概略図である。
【図５】図5は本考案の実施例４に係る圧電効果機構の性能シミュレーション概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
1  標準レーザ光源
2  第一光アイソレータ
3  第一偏光ビームスプリッタ
4  レンズ
5  λ／４波長板
6  圧電片持ち梁
7，8，9，10，14  第一、第二、第三、第四、第五偏光プリズム
11，13  第一、第二λ／２波長板
12  第二偏光ビームスプリッタ
15  第二光アイソレータ
16  測定しようとするレーザ振動計
17  駆動電源
18  信号発生装置
19  データ収集システム
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本考案に関わるレーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置は、光周波数変調を実現し、前記光周波数変調は圧電効果を利用してレーザ振動計の測定光の周波数変調を実現し、レーザ振動計の真実な測定光学環境をシミュレーションする。また、データ収集システムによりレーザ振動計に対する測定結果の収集を完成し、収集された測定結果を制御システムの標準アナログ信号と比較し、これによりレーザ振動計の計量測定校正を完成する。データ収集システムが制御システムから当該設定の標準アナログ信号を得らえる。当該制御システムはデータ収集システムの制御システムとして適用できる。
【００２２】
実施例1
レーザ振動計用デュアルビーム干渉校正装置であって、その対象設備は測定しようとするレーザ振動計である。当該デュアルビーム干渉校正装置は、標準レーザ光源1と、第一光アイソレータ2と、第一偏光ビームスプリッタ3と、第二偏光ビームスプリッタ12と、レンズ4と、λ／４波長板5と、圧電片持ち梁6と、第一、第二、第三、第四、第五偏光プリズム7、8、9、10、14と、第一、第二λ／２波長板11、13と、第二光アイソレータ15と、駆動電源17と、信号発生装置18及びデータ収集システム19を備える。標準レーザ光源と、第一光アイソレータと、第一偏光ビームスプリッタと、第二偏光ビームスプリッタと、レンズと、λ／ ４波長板と、圧電片持ち梁と、第一、第二、第三、第四、第五偏光プリズムと、第一λ／２波長板と、第二λ／２波長板と、第二光アイソレータは、図１に示している相対位置に取り付け及び配置されている。下記には、圧電片持ち梁6を圧電効果機構又は圧電梁又は片持ち梁と呼ぶことにする。
【００２３】
前記信号発生装置18の出力端が片持ち梁6の駆動電源17の入力端に接続され、駆動電源17の出力端が圧電効果機構6の陽、陰電極に接続される。片持ち梁6が精密姿勢調節機構（図示せず）に固定される。駆動電源17は片持ち梁6の駆動電源として使用されて片持ち梁に接続されている。前記信号発生装置18は振動励起信号の発生、及び振動励起信号の圧電効果機構の駆動電源17までの伝送に用いるものである。
【００２４】
前記圧電片持ち梁の駆動電源17は、信号発生装置から伝送される振動励起信号を受信し、それを増幅してから圧電片持ち梁6へ入力して圧電片持ち梁に振動を発生させることができる。
【００２５】
光学コンポーネントは必要な分光、フォーカス、回転偏光方向などの役割を担当し、前述の光学部材、例えば、光アイソレータ2と、第一、第二偏光ビームスプリッタ3、12と、λ／４波長板5と、第一、第二λ／２波長板11、13と、第一、第二、第三、第四、第五偏光プリズム7、8、9、10、14などを含む。
【００２６】
前述に言われた関連部材は、デュアルビーム干渉校正装置が下記のように運行できるように取り付け及び配置されている。標準レーザ光源1からの直線偏光が光アイソレータ2を通過して第一偏光ビームスプリッタ3に到達し、その中で水平面に垂直して振動する光分量は第一偏光プリズム7に反射され、参照ビームになり、水平面に平行して振動する光分量は第一偏光ビームスプリッタ3を透過した後、レンズ4を通過してレンズによりフォーカスされ、その後λ／４波長板5を通り抜けてから片持ち梁6の表面に入射し、探測ビームを形成する。探測光が圧電効果機構の表面により反射された後、再びλ／４波長板5を通り抜け、その偏光方向が９０°回転される。この時、探測光が水平方向に垂直する振動に転換され、そのため、第一偏光ビームスプリッタ3の所で反射され、３回の偏光プリズムを通過し、即、第二、第三、第四偏光プリズム8、9、10を通過し、第一λ／２波長板11を通過した後に第二偏光ビームスプリッタ12に到達する。参照光は二回の偏光プリズム及び第二λ／２波長板13を通過した後、すなわち、順次に第一偏光プリズム7と、第二λ／ ２波長板13及び第五偏光プリズム14を通過した後、第二偏光ビームスプリッタ12に到達する。第二偏光ビームスプリッタ12で、二つのビームが合流して干渉が発生する。干渉光が光アイソレータ15を通過した後に測定しようとするレーザ振動計16に提供され、例えば、校正に使えるようにする。
【００２７】
測定しようとするレーザ振動計は提供された干渉光を受けた後に関連動作及び応答をする事が出来る。当該干渉光は干渉で形成された光又は復帰光線と呼ばれる。レーザ振動計は、復帰光線の周波数を電圧信号に転換させ、当該電圧信号をデータ収集システム19に伝送して獲得した設定された標準アナログ電圧信号との比較と選択可能の他の処理に使われる。設定の標準アナログ電圧信号とは、例えば、データ収集システムの電圧信号制御システムに設定された標準アナログ電圧信号である。
【００２８】
なお、信号発生装置18は発生した振動励起信号をデータ収集システム19に伝送して測定しようとするレーザ振動計の電圧信号との比較に用いるようにする。すなわち、当該振動励起信号は前述の設定された標準アナログ信号として使用される。例えば、振動励起信号が二つの経路に分かれ、一つの経路は駆動電源17に供給され、もう一つの経路はデータ収集システム19に供給され、上述の制御システムはこれを実現することに用いる。振動励起信号が電圧信号でもいい。
【００２９】
圧電片持ち梁は変調電場の駆動作用により、圧電効果の直接作用によって伸縮振動を発生し、更に屈曲運動と変形が発生する。圧電理論と弾性力学によると、圧電片持ち梁の振動は圧電梁励起信号と関連する。上述した獲得したデータ収集システムの電圧信号は変位信号に転換し、片持ち梁の変形との比較及び選択可能な他の処理に用いるようにすることができる。
【００３０】
上述のレーザ振動計のデュアルビーム干渉校正方法は測定しようとするレーザ振動計に対する校正に使用され、下記のステップを含む、
（i）標準レーザ光源１と測定しようとするレーザ振動計１６を向かい合って同一水平台に取り付け、取り付け後に前記標準レーザ光源からの光が直接に測定しようとするレーザ振動計へ進入するようにする、
（ii）前記標準レーザ光源１と前記測定しようとするレーザ振動計１６との間には、順次に第一光アイソレータ２と、第一偏光ビームスプリッタ３と、レンズ４と、λ／４波長板５と、圧電効果機構６と、第四偏光プリズム１０と、第一λ／２波長板１１と、第二偏光ビームスプリッタ１２及び第二光アイソレータ１５が取り付けられ、なお、第一光アイソレータと、第一偏光ビームスプリッタと、レンズと、λ／４波長板と、圧電効果機構と、第四偏光プリズムと、第一λ／２波長板と、第二偏光ビームスプリッタ及び第二光アイソレータが大体直線に沿って標準レーザ光源と測定要レーザ振動計との間に取り付けられていることが好ましい、
（iii）精密姿勢調節機構により前記標準レーザ光源から射出したレーザを圧電効果機構６の応変最大箇所に合わせる、及び
（iiii）第一偏光プリズム７と第二偏光プリズム８を第一偏光ビームスプリッタ３の両側に対称するように取り付け、第一偏光ビームスプリッタ３から分離された光が第一偏光プリズム７と第二偏光プリズム８中の毎箇所で９０°偏位できるようにし、第三偏光プリズム９と第二偏光プリズム８を同一側に平行放置し、第二偏光プリズム８から射出された光を第三偏光プリズム９を通過した後、第四偏光プリズム１０へ垂直に進入させ、第二λ／２波長板１３と第五偏光プリズム１４を第一偏光プリズム７と同一側に放置し、第一偏光プリズム７から射出された光を第二λ／２波長板１３へ垂直に進入した後、第五偏光プリズム１４へ垂直に進入して第五偏光プリズム１４の所で９０°偏位された後に第二偏光ビームスプリッタ１２へ垂直に進入するようにする。
【００３１】
実施例2
スタティック測定：圧電梁に対する直流バイアス電圧印加のシミュレーション
両端固定の圧電梁を設計し、その構造は三層であり、この三層の下から上までそれぞれSi、SiO2、PZTであり、各層の寸法は、長さは全て1000μm （マイクロメートル)であり、幅は全て100 μmである。この三層の下から上までの厚さはそれぞれ１０μm、２μm、３μmである。圧電材料PZTの下表面の電圧は０に維持し、その上表面に５V〜１０Vの直流バイアス電圧を印加し、その時の観測構造検測点の変位は図２に示すようである。ここで検測点は圧電梁の変形が最大の箇所である。圧電梁が全対称構造でもいいので、検測点が構造の幾何中心に位置する可能性もある。図２において、横軸が圧電材料PZTの上表面に印加された電圧を表示し、縦軸が前記変位を表示する。図２から分かるように、変位と印加された電圧は線形関係である。そのため、この装置によってレーザ振動計のスタティック校正を完成できる。
【００３２】
実施例3
動的測定：圧電梁に対する交流電圧印加のシミュレーション
実施例2と一致した圧電梁を設計し、圧電材料PZTの下表面の電圧を０に維持し、その上表面に交流電圧を印加し、駆動電源を正弦波交流信号に設定した場合、
U= 10sin(2π×3000t) V
【００３３】
ここで、Uは駆動電源が提供した交流電圧であり、Vは駆動電源の供給電圧であり、tは時間である。図３に示すように、シミュレーションソフトでトランジェント解析により観測構造検測点の変位―時間曲線を得られる。図3において、横軸が時間を表示し、縦軸が変位を表示する。交流電圧の作用で圧電梁から出力された変位の応答曲線は入力電圧信号の周波数と関連し、そのため、レーザ振動計の動的性能指標に対して校正できることがわかる。
【００３４】
実施例4
低周波範囲の校正に対して、圧電効果機構の異なる構造を設計する事で校正機能を満足することができる。図４に示すように、従来の片持ち梁の両端に幅の変化が可能な屈曲構造を追加し、機構の固有周波数を有効的に抑えることができ、同時に片持ち梁中心部分の中心区域の幅を増加し、局部の剛性の増加によって運動の安定性を実現する。圧電材料を中心部分の両側の「弓」形構造に放置し、片持ち梁の振動をより良く動かす。その後、当該圧電効果機構に対してシミュレーションを行う、シミュレーション図面は図5に示すようで、ここで入力周波数ｆが２０Hzの交流電圧ｖであり、v=10sin(2πft)に基づいてシミュレーションを行い、ここでｔは時間である。図5において、横軸は時間を表示し、縦軸は変位を表示する。図5から分かるように、当該圧電効果機構は、低周波区間で良好な周波数の一致性を有し、低周波校正の要求に満足できる。
【図１】
0003224778.tif 000003
【図２】
0003224778.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003224778.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
レーザ振動計用デュアルビームビーム干渉校正装置であって、その対象設備が測定しようとするレーザ振動計16であり、
前記デュアルビーム干渉校正装置は標準レーザ光源1と、第一光アイソレータ2と、第一偏光ビームスプリッタ3と、第二偏光ビームスプリッタ12と、レンズ4と、λ／４波長板5と、圧電片持ち梁6と、第一偏光プリズム7と、第二偏光プリズム8と、第三偏光プリズム9と、第四偏光プリズム10と、第五偏光プリズム14と、第一λ／２波長板11と、第二λ／２波長板13と、第二光アイソレータ15と、駆動電源17と、信号発生装置18及びデータ収集システム19を備え、
前記駆動電源17は前記圧電片持ち梁6に接続及び用いるもので、前記信号発生装置18の出力端が前記駆動電源の入力端に接続され、前記駆動電源17の出力端が圧電片持ち梁6の陽、陰電極に接続され、圧電片持ち梁6が精密姿勢調節機構に固定され、
前記信号発生装置18は振動励起信号の発生、及び振動励起信号の前記駆動電源17までの伝送に用いるもので、
前記駆動電源17は、前記信号発生装置からの振動励起信号を受信し、前記振動励起信号を増幅してから圧電片持ち梁6に入力され、圧電片持ち梁に振動を発生させることに用いるもので、
前記デュアルビーム干渉校正装置は、前記標準レーザ光源1からの直線偏光が第一光アイソレータ2を通過して第一偏光ビームスプリッタ3に到達し、前記第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に垂直して振動する光分量が第一偏光プリズム7に反射されて参照光になり、前記第一偏光ビームスプリッタに到達した直線偏光の中で水平面に平行して振動する光分量が、順次に第一偏光ビームスプリッタ3を透過し、レンズ4を通過してレンズによりフォーカスされ、λ／ ４波長板5を通り抜けて圧電片持ち梁6の表面に入射されて探測光になり、前記探測光が、圧電片持ち梁6の表面により反射された後、再びλ／４波長板5を通り抜けて、前記探測光の偏光方向が９０°回転され、前記探測光が水平方向に垂直する振動になり、これにより、前記探測光が第一偏光ビームスプリッタ3に反射され、その後、順次に第二偏光プリズム8と、第三偏光プリズム9と、第四偏光プリズム10及び第一λ／２波長板11を通過した後に第二偏光ビームスプリッタ12に到達し、前記参照光が、順次に第一偏光プリズム7と、第二λ／ ２波長板13及び第五偏光プリズム14を通過した後に第二偏光ビームスプリッタ12に到達し、前記第二偏光ビームスプリッタで、前記探測光と前記参照光が合流し、干渉が発生し、干渉により形成された光が第二光アイソレータ15を通過した後に測定しようとするレーザ振動計16への入力に使われるように配置され、
なお、前記測定しようとするレーザ振動計は、前記干渉により形成された光を受けた場合、前記干渉により形成された光の周波数を電圧信号に転換し、
前記データ収集システム19は前記測定しようとするレーザ振動計からの電圧信号を受信し、受信した電圧信号を設定された標準アナログ信号と比較することに用いるのを特徴とするレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項２】
前記圧電片持ち梁6は、変調電場の駆動作用により、圧電効果の直接作用によって伸縮振動が発生し、更に屈曲運動と変形が発生し、なお、前記圧電片持ち梁の振動が前記振動励起信号と関連することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項３】
前記デュアルビーム干渉校正装置が実現した光周波数変調は圧電効果を利用してレーザ振動計の測定光の周波数変調を実現することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項４】
前記圧電片持ち梁6は多層材料の平面構造圧電効果機構であり、なお、前記圧電効果機構はシリコンをベースにする材料を基材とし、圧電材料を機構の運動を駆動する材料とし、上電極と、下電極及び外部の接続回路を備えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項５】
前記圧電効果機構は面内に垂直する振動に適用され、その振動周波数は入力電圧信号の周波数と関連し、前記振動周波数と前記入力電圧信号の周波数は良好な線形関係に符合することを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項６】
前記圧電効果機構の振動幅はその入力電圧信号の大きさと、その材料の厚さ及び前記圧電効果機構の構造に関連することを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項７】
前記圧電効果機構の圧電材料はPT/PZTをベースにする圧電材料であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項８】
前記振動励起信号が直流バイアス電圧と、交流電圧及びその他のタイプの信号中の一種であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項９】
前記圧電効果機構の振動振幅が最大の時、精密姿勢調節機構により前記校正装置の位置調整を実現することを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項１０】
前記標準レーザ光源１と前記測定しようとするレーザ振動計１６との光源信号が一致し、校正過程において、前記標準レーザ光源１と前記測定しようとするレーザ振動計１６の空間位置が同一軸線上にあることを特徴とする請求項１に記載のレーザ振動計用のデュアルビーム干渉校正装置。
【請求項１１】
（削除）